CN112570611B - 一种差速器壳挤压冲孔工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锻造、模锻技术领域，公开了一种差速器壳挤压冲孔工艺、冲孔模具及锻造模具，工艺流程包含初锻—挤冲孔，初锻时，在成型部中心成型盲孔深孔，在预挤压部底面成型导流槽；挤冲孔时，通过冲头向下挤压成型部中心的盲孔深孔，盲孔深孔与导流槽之间的厚度减小，部分金属水平方向流动用于预挤压部外圆直径的成型，多余金属随冲头向下继续运动直至被冲切形成通孔。本发明具有以下优点和效果：初锻用锻造模具采用分体结构，将用于成型部中心盲孔深孔的冲头镶入到初锻模具；挤冲孔阶段，采用平底式冲头结构设计，将锻件挤压成型和冲孔工序复合到一套模具，解决了传统工序需要两套模具完成挤压和冲孔的问题。

Description

一种差速器壳挤压冲孔工艺

技术领域

本发明涉及锻造、模锻技术领域，特别涉及一种差速器壳挤压冲孔工艺。

背景技术

差速器壳是差速器的重要部件之一，是一种近似回转型的壳体，差速器壳较小的一端为圆柱端，另一端为碗状的大盘，其用于支撑差速器主要零件，大盘底部有沿圆柱端轴向的通孔，该通孔用于穿过传动轴。

针对差速器壳、轮毂等这类中间孔直径小、深度大的锻件，现有的中间孔加工技术主要有以下三种：

第一种，锻造成实心锻件，然后机加工直接钻中间孔。这种加工方式，产品的加工工序长，同时采用机加工的方式钻中间孔，加工效率低，生产成本高。

第二种，授权公告号为CN105798538B的中国发明专利公开了差速器壳挤压冲孔工艺，锻造成实心锻件，然后采用一套挤孔模具进行热挤孔，热挤孔后的锻件再采用一套冲孔模具进行冲孔。该工艺通过热挤压，使热挤压前的实心锻件外形尺寸达到产品要求，同时挤出中间孔，并留有薄的连皮，然后转至冲孔模具，冲出中间孔。该工艺可实现各种规格差速器壳、轮毂锻件的挤压冲孔，但是热挤压和冲孔作为两个单独的工步，需投入两套模具，模具制作成本高，挤压冲孔节拍长，通常完成一次挤压—转运--冲孔约1分钟；挤压前锻件下端的圆弧高度控制不好，容易在锻件下底面产生圆环状折叠。

第三种，授权公告号为CN101439364B的中国发明专利公开了轮毂锻件花键孔挤孔成形工艺及其专用挤孔模具，锻造成实心锻件，然后采用一套挤冲孔模具，在挤孔的同时完成冲孔。该工艺在冲孔的同时将挤压前的实心锻件挤压到产品要求的尺寸，这样冲孔过程中锻件心部大量金属参与了成型过程，因此该工艺仅适用于5kg以下的小型轮毂锻件，同时存在冲头寿命低，锻件高度尺寸不稳定的情况，挤冲孔后的锻件还需要增加校正工序来保证锻件的高度尺寸；锻件容易出现小端圆柱一周圆弧处充型不饱满。

现有工艺中均采用挤压前锻件高度和直径均比挤压后锻件直径和高度小的方式，在挤孔过程中利用金属的流动来填充锻件的高度和直径，这种方式导致参与流动的金属多，多余金属会导致锻件高度尺寸稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种差速器壳挤压冲孔工艺及其模具，可以解决现有工艺存在的生产效率低、工序流程长、冲头寿命低、锻件尺寸不稳定、折叠、充型不满的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过锻造将坯料锻造成初始锻件，所述初始锻件由上至下分为成型部和预挤压部两部分，锻造时，在成型部中心成型盲孔深孔，在预挤压部底面成型用于增加金属向下流动阻力的导流槽，初始锻件成型部高度为H，预挤压部高度为H2，成型部下端为圆筒型，预挤压部为直径由上至下逐渐缩小的梯台型，预挤压部顶面直径与成型部直径均为D，预挤压部拔模角度为α；

S2、通过冲头向下挤压成型部中心的盲孔深孔，挤压时，锻造模具对应的预挤压部部分的直径为D1，D=D1，挤压时盲孔深孔与导流槽之间的厚度减小形成通孔，盲孔深孔与导流槽之间的多余金属向预挤压部四周流动，使得冲孔后预挤压部直径为D1，冲孔后预挤压部拔模角度为β，α=β+（5°~7°），挤压冲孔后锻件成型部高度为H1，预挤压部高度为H3，H1=H，H3=H2。

本发明的进一步设置为：所述成型部中心锻造成型的盲孔深孔深度为锻件高度的55%~65%。

通过采用上述技术方案，在锻造成型时挤压出盲孔深孔，相对于实心锻件，可减少在挤压冲孔过程中成型挤压压力和金属流动量。

本发明的进一步设置为：所述导流槽横截面为圆弧形，所述圆弧形高度为10~15mm。

一种差速器壳挤压冲孔模具，包括下模座、固定在所述下模座上的若干支撑杆，所述上模座底面固定有冲头座，所述冲头座下方可拆卸连接有冲孔冲头，所述支撑杆上套接有弹簧，所述支撑杆上滑动连接有横板，所述弹簧上端与横板相连下端与下模座相连，所述横板上设置有供冲孔冲头穿过的圆孔，所述冲头座与横板相接。

通过采用上述技术方案，在对初始锻件进行挤压冲孔时，压力机滑块下行，冲头座和冲孔冲头同时下行；冲孔冲头进行挤冲孔，冲头座压住横板开始压缩弹簧，横板随之下行，完成锻件挤冲孔。

然后压力机滑块上行，冲头座和冲孔冲头同时上行；在弹簧的作用下，横板随之上行；锻件包裹着冲孔冲头也随之上行；弹簧伸长到自然长度横板停止运动，锻件与冲头继续上行；锻件与横板接触后，锻件保持不动，冲头继续上行，顺利从锻件中取出，冲孔结束，采用冲头座控制横板的运动，简化了模架结构。

挤冲孔模具采用支撑杆、横板与支撑弹簧相互配合，挤冲孔后的锻件快速从冲头上脱出；挤冲孔模具采用支撑杆、横板轴孔配合，实现横板上下运动导向。

本发明的进一步设置为：所述下模座上可拆卸连接有凹模，所述凹模内设置有供初始锻件嵌入的型腔，所述形腔底部设置有落料孔，所述形腔与落料孔相接处设置有凸台，所述凸台高度为2~5mm。

本发明的进一步设置为：所述凹模通过螺栓固定在下模座上。

本发明的进一步设置为：所述凸台材质为硬质合金。

本发明的进一步设置为：所述冲孔冲头与冲头座通过螺纹连接。

通过采用上述技术方案，冲孔冲头采用耐磨性、硬度等优于模具本体的材料进行制作，组合式的模具设计，当冲孔冲头失效，只需要对冲头进行更换，就可以继续生产，大大降低了模具返修、换装时间。挤冲孔阶段，冲头与冲头座采用螺栓连接，实现了冲头的快速更换。

本发明的进一步设置为：所述弹簧的压缩量≥锻件总高度*1.2。

通过采用上述技术方案，弹簧的压缩量应≥锻件总高度的1.2倍，既保证了滑块下行时横板不压伤锻件，又保证了滑块上行后横板与凹模之间有足够的间距取出锻件。

本发明的进一步设置为：包括上模和下模，所述上模包括上模本体、可拆卸连接在所述上模本体上的模具冲头。

本发明的进一步设置为：所述上模本体底部设置有装配腔，所述装配腔底部设置有通孔，所述模具冲头上部嵌入装配腔内，下部穿过通孔位于装配腔外，所述模具冲头顶部与装配腔顶部之间设置有垫块。

本发明的进一步设置为：所述垫块与所述装配腔之间设有0~0.2mm的装配间隙。

本发明的有益效果是：

1.挤冲孔阶段，采用平底式冲头结构设计，将锻件挤压成型和冲孔工序复合到一套模具，冲头下行初期为锻件挤压成型，冲头继续下行完成冲孔，解决了传统工序需要两套模具完成挤压和冲孔的问题。

2.挤压前的锻件成型部部分在锻造过程中，所有尺寸通过锻造成型，达到产品要求的尺寸，对锻件成型部中心部分通过锻造成型，挤压出盲孔深孔，在锻造过程中挤压盲孔深孔，盲孔深孔与导流槽之间的厚度减小，部分金属水平方向流动用于预挤压部外圆直径的成型，多余金属随冲头向下继续运动直至被冲切形成通孔，可减少锻件中心参与成型的金属量，盲孔深孔的设置也可大幅度减小锻件冲孔所需的挤压力，减小冲头与锻件的压力，延长冲头使用寿命。

3.成型部在锻造过程中即达到产品要求尺寸，挤压冲孔前成型部高度H和挤压冲孔后成型部高度H1相等，在挤压冲孔过程中成型部的金属不参与挤压成型的流动。

4.预挤压部的底面设置有导流槽，因冲孔过程中，冲头挤压锻件的心部，这样会导致锻件下端面中心部分锻件先流动，小端一周圆弧处锻件最后流动，这样容易导致锻件小端一周圆弧充型不满，造成锻件报废，底面圆弧结构的导流槽设计对锻件下底面金属先流动进行了补偿，能有效保证锻件充型饱满。

5.挤压冲孔前预挤压部高度H2与挤压冲孔后预挤压部高度H3相等，挤压冲孔前成型部顶面直径与挤压冲孔后成型部柱端直径相等，挤压冲孔前后预挤压部的拔模角度α=β+（5°~7°），挤压冲孔过程中，金属流动用来补偿5°~7°拔模之间的差异，这样可以进一步减小参与成型的金属体积，金属流动少，避免了锻件高度尺寸的不稳定性。

6.在锻造模具上直接挤压成型中心孔，无需采用热挤压工序。

7.在凹模下底面采用硬质合金焊接2~5mm高度的凸台，该凸台与预挤压部底部的导流槽配合使用，一方面起到分流金属的作用，防止锻件下底面出现圆环状折叠，避免了锻件成型不满，高度尺寸不稳定的问题；另一方面，作为冲孔过程中的切断刃口，保证多余金属沿着连皮落料孔向下流动，防止多余金属参与成型，导致高度尺寸超差。

8.初锻用锻造模具采用分体结构，将用于成型成型部中心盲孔深孔的冲头镶入到初锻模具。相对于整体式模具结构，消除了这种细长冲头根部的应力集中，防止了整体式模具细长冲头的早期断裂；冲头采用高耐磨材料，并进行表面强化处理，进一步提升了冲头寿命，进而提高模具的整体寿命；冲头采用嵌入式结构设计，可实现磨损冲头的快换，减少了模具返修时间，提升生产效率；分体式模具结构设计，解决了传统模具因冲头早期断裂无法成型盲孔深孔的问题，为下一步挤冲孔提供了必要条件。

9.初锻时，在成型部中心成型盲孔深孔，从而减少了挤冲孔阶段参与变形的金属体积。一方面减少了挤冲孔阶段的挤压力，提升挤冲孔冲头寿命；另一方面减少了挤冲孔阶段金属的垂向流动，防止了锻件高度尺寸超出图纸要求。

10.初锻时，在预挤压部底面成型圆弧状导流槽，通过导流槽最高点的控制，保证了在挤冲孔锻件成型阶段底面金属流速的一致性，保证锻件挤压成型完整。

11.初锻时，在预挤压部外圆周尺寸设计成高度与锻件高度一致、拔模角度比锻件大、底面直径比锻件小的结构。这种结构设计保证了挤冲孔冲头在下行时，多余向金属水平方向流动，一方面有效控制了多余金属的垂向流动，防止锻件高度超差，另一方面部分多余金属参与锻件成型，从而提高了锻件的材料利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明初始锻件结构示意图。

图2是本发明挤压冲孔后锻件结构示意图。

图3是挤压冲孔模具冲孔时结构示意图。

图4是挤压冲孔模具冲孔后结构示意图。

图5是凹模结构示意图。

图6是锻造模具结构示意图。

图7是图6的A处放大图。

图中，1、初始锻件；101、成型部；102、预挤压部；2、盲孔深孔；3、导流槽；4、通孔；5、下模座；6、支撑杆；7、上模座；8、冲头座；9、冲孔冲头；10、横板；11、圆孔；12、弹簧；13、凹模；14、形腔；15、落料孔；16、凸台；17、上模；171、上模本体；172、模具冲头；173、装配腔；174、通孔；175、垫块；176、装配间隙；18、下模。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

一种差速器壳挤压冲孔工艺，包括以下步骤：

S1、通过锻造将坯料锻造成初始锻件1，如图1所示，所述初始锻件1由上至下分为成型部101和预挤压部102两部分，初锻时，在成型部101中心成型盲孔深孔2，盲孔深孔2的深度为锻件深度的60%，成型部101在锻造过程中所有尺寸通过锻造成型，使其达到产品要求的尺寸，在后续挤压冲孔过程中成型部101的金属不参与挤压成型的流动。

在预挤压部102底面成型用于增加金属向下流动阻力的导流槽3，导流槽3为横截面为圆弧面的盲孔深孔2，圆弧形高度为15mm，底面圆弧结构的导流槽3设计对锻件下底面金属先流动进行了补偿，能有效保证锻件充型饱满，初始锻件1成型部101高度为H，预挤压部102高度为H2，成型部101下端为圆筒型，预挤压部102为直径由上至下逐渐缩小的梯台型，预挤压部102顶面直径与成型部101直径均为D，预挤压部102拔模角度为α。

S2、通过冲头向下挤压成型部101中心的盲孔深孔2，挤压时，如图2所示，锻造模具对应的预挤压部102部分的直径为D1，D=D1，挤压时盲孔深孔2与导流槽3之间的厚度减小形成通孔4，盲孔深孔2与导流槽3之间的多余金属向预挤压部102四周流动，使得冲孔后预挤压部102直径为D1，冲孔后预挤压部102拔模角度为β，α=β+（5°~7°），挤压冲孔后锻件成型部101高度为H1，预挤压部102高度为H3，H1=H，H3=H2。挤压冲孔前预挤压部102高度H2与挤压冲孔后预挤压部102高度H3相等，挤压冲孔前成型部101顶面直径与挤压冲孔后成型部101柱端直径相等，挤压冲孔前后预挤压部102的拔模角度α=β+（5°~7°），挤压冲孔过程中，金属流动用来补偿5°~7°拔模之间的差异，这样可以进一步减小参与成型的金属体积，金属流动少，避免了锻件高度尺寸的不稳定性。

一种速器壳挤压冲孔模具，如图3~4所示，包括下模座5，下模座5上固定有四根支撑杆6，上模座7通过压力机滑块驱动其沿支撑杆6上下滑动，上模座7底面固定有冲头座8，冲头座8下方螺纹连接有冲孔冲头9，冲孔冲头9为材质，支撑杆6上还滑动连接有横板10，横板10位于冲头座8和下模座5之间，横板10上设置有供冲孔冲头9穿过的圆孔11，冲孔冲头9穿过圆孔11，冲头座8底面与横板10上表面相接，支撑杆6上套接有弹簧12，弹簧12上端与横板10相连下端与下模座5相连，弹簧12的压缩量为锻件总高度的1.2倍。在对初始锻件1进行挤压冲孔时，压力机滑块下行，冲头座8和冲孔冲头9同时下行；冲孔冲头9进行挤冲孔，冲头座8压住横板10开始压缩弹簧12，横板10随之下行，完成锻件挤冲孔。然后压力机滑块上行，冲头座8和冲孔冲头9同时上行；在弹簧12的作用下，横板10随之上行；锻件包裹着冲孔冲头9也随之上行；弹簧12伸长到自然长度横板10停止运动，锻件与冲头继续上行；锻件与横板10接触后，锻件保持不动，冲头继续上行，顺利从锻件中取出，冲孔结束，采用冲头座8控制横板10的运动，简化了模架结构。

如图5所示，下模座5上通过螺栓固定有凹模13，凹模13内设置有供初始锻件1嵌入的形腔14，形腔14底部设置有落料孔15，形腔14与落料孔15相接处设置有凸台16，凸台16高度为5mm，凸台16材质为硬质合金。因冲孔过程中，冲头挤压锻件的心部，这样会导致锻件下端面中心部分锻件先流动，预挤压部102一周圆弧处锻件最后流动，这样容易导致锻件预挤压部102一周圆弧充型不满，造成锻件报废。底面圆弧结构盲孔深孔2的设计对锻件下底面金属先流动进行了补偿，能有效保证锻件充型饱满。同时在凹模13下底面采用硬质合金焊接5mm高度的凸台16，该凸台16一方面起到分流金属的作用，防止锻件下底面出现圆环状折叠，另一方面，作为冲孔过程中的切断刃口，保证多余金属沿着连皮落料孔15向下流动，防止多余金属参与成型，导致高度尺寸超差。

一种差速器壳锻造模具，如图6-7所示，包括上模17和下模18，上模17包括上模本体171和可拆卸连接在上模本体171上的模具冲头172，上模本体171底部设置有装配腔173，装配腔173底部设置有通孔174，模具冲头172上部嵌入装配腔173内，下部穿过通孔174位于装配腔173外，模具冲头172顶部与装配腔173顶部之间设置有垫块175，垫块175与所述装配腔173之间设有0.2mm的装配间隙176。

一种差速器壳挤压冲孔工艺工作原理：工艺流程包含初锻—挤冲孔；通过初锻将坯料锻造成初始锻件，所述初始锻件由上至下分为成型部101和预挤压部102两部分；初锻时，在成型部101中心成型盲孔深孔2，在预挤压部102底面成型用于补偿挤冲孔阶段锻件底面中心金属流速与底面外围区域流速不一致的导流槽3；挤冲孔时，通过冲头向下挤压成型部中心的盲孔深孔2，盲孔深孔2与导流槽3之间的厚度减小，部分金属水平方向流动用于预挤压部102外圆直径的成型，多余金属随冲孔冲头9向下继续运动直至被冲切形成通孔4。

Claims (10)

1.一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过锻造模具将坯料初锻成初始锻件（1），所述初始锻件（1）由上至下分为成型部（101）和预挤压部（102）两部分，锻造时，在成型部（101）中心成型盲孔深孔（2），在预挤压部（102）底面成型导流槽（3），初始锻件（1）成型部（101）高度为H，预挤压部（102）高度为H2，成型部（101）下端为圆筒型，预挤压部（102）为直径由上至下逐渐缩小的梯台型，预挤压部（102）顶面直径与成型部（101）底面直径均为D，预挤压部（102）拔模角度为α；

S2、通过挤压冲孔模具的冲孔冲头（9）向下挤压成型部（101）中心的盲孔深孔（2），挤压时，锻造模具对应的预挤压部（102）部分的直径为D1，D=D1，挤压时盲孔深孔（2）与导流槽（3）之间的厚度减小形成通孔（4），盲孔深孔（2）与导流槽（3）之间的多余金属向预挤压部（102）四周流动，使得冲孔后预挤压部（102）的顶面直径为D1，冲孔后预挤压部（102）拔模角度为β，α=β+（5°~7°），挤压冲孔后成型部（101）高度为H1，预挤压部（102）高度为H3，H1=H，H3=H2；

所述的挤压冲孔模具包括上模座（7）、下模座（5）、固定在所述下模座（5）上的若干支撑杆（6），所述上模座（7）底面固定有冲头座（8），所述冲头座（8）下方可拆卸连接有冲孔冲头（9），所述支撑杆（6）上套接有弹簧（12），所述支撑杆（6）上滑动连接有横板（10），所述弹簧（12）上端与横板（10）相连，下端与下模座（5）相连，所述横板（10）上设置有供冲孔冲头（9）穿过的圆孔（11），所述冲头座（8）与横板（10）相接；

所述的锻造模具包括上模（17）和下模（18），所述上模（17）包括上模本体（171）、可拆卸连接在所述上模本体（171）上的模具冲头（172）。

2.根据权利要求1所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述成型部（101）中心锻造成型的盲孔深孔（2）深度为锻件高度的55%~65%。

3.根据权利要求1所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述导流槽（3）横截面为圆弧形，所述圆弧形高度为10~15mm。

4.根据权利要求1所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述下模座（5）上可拆卸连接有凹模（13），所述凹模（13）内设置有供初始锻件（1）嵌入的形腔（14），所述形腔（14）底部设置有落料孔（15），所述形腔（14）与落料孔（15）相接处设置有凸台（16），所述凸台（16）高度为2~5mm。

5.根据权利要求4所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述凹模（13）通过螺栓固定在下模座（5）上。

6.根据权利要求4所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述凸台（16）材质为硬质合金。

7.根据权利要求1所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述冲孔冲头（9）与冲头座（8）通过螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述弹簧（12）的压缩量≥锻件总高度*1.2。

9.根据权利要求1所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述上模本体（171）底部设置有装配腔（173），所述装配腔（173）底部设置有通孔（174），所述模具冲头（172）上部嵌入装配腔（173）内，下部穿过通孔（174）位于装配腔（173）外，所述模具冲头（172）顶部与装配腔（173）顶部之间设置有垫块（175）。

10.根据权利要求9所述的一种差速器壳挤压冲孔工艺，其特征在于：所述垫块（175）与所述装配腔（173）之间设有0~0.2mm的装配间隙（176）。

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